JP2007267495A

JP2007267495A - 系統連系インバータ装置

Info

Publication number: JP2007267495A
Application number: JP2006088428A
Authority: JP
Inventors: Masaki Fukuda; 正樹福田; Daisaku Sato; 大作佐藤
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: JP4847771B2

Abstract

【課題】商用系統周波数の周波数制御に寄与できる系統連系インバータ装置を提供する。
【解決手段】電源装置１を商用系統５０に連系するインバータ１１と、目標インバータ出力指令値に基づいてインバータ出力指令値を決定して、インバータ１１をインバータ出力指令値に応じて稼動させる出力制御手段１３とを備える系統連系インバータ装置１０であって、出力制御手段１３が、商用系統での商用系統周波数を監視する周波数監視手段１２の監視結果に基づいてインバータ出力指令値を変動させるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ出力指令値に応じた電源電力を出力するように構成される電源装置を商用系統に連系するインバータと、目標インバータ出力指令値に基づいてインバータ出力指令値を決定して、インバータ及び電源装置をインバータ出力指令値に応じて稼動させる出力制御手段とを備える系統連系インバータ装置に関する。

商用系統に接続されている電源装置として、電力会社（一般電気事業者）や特定規模電気事業者などが商用電源として設置している発電所や、電気事業者以外の個人や団体などが住宅や様々な施設に設置している分散型電源装置などがある。これら電源装置から商用系統に電源電力を出力するとき、その電源電力の周波数は、基準周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に合うように送出されている。その結果、商用系統に接続されている電力負荷装置による電力負荷合計と、電源装置から送出される電源電力合計とが釣り合っているときには、商用系統における電力の周波数（以下、「商用系統周波数」と記載することもある）は基準周波数に維持される。

上述のような商用系統において、電源電力合計と電力負荷合計とが釣り合っていないときには商用系統周波数が基準周波数から逸脱することとなる。具体的には、電力負荷合計が電源電力合計よりも大きいときには、商用系統周波数は基準周波数よりも小さくなり、電源電力合計が電力負荷合計よりも大きいときには、商用系統周波数は基準周波数よりも大きくなるという周波数偏差が発生する。

商用系統周波数を基準周波数に維持して、上述のような周波数偏差の発生を防止することは電力の使用者利益保護のために必要であるので、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が許容範囲内に収まるように、電力会社は発電所から出力される電源電力を増減させて電源電力合計と電力負荷合計とを釣り合わせるような周波数制御を行っている（例えば、非特許文献１参照）。

横山隆一監修「電力自由化と技術開発」、東京電機大学出版局、２００１年９月２０日、ｐ．１３３〜１３５

商用系統には、電力会社が維持管理する発電所のみから電源電力が出力されるのではなく、個人や団体などが設置している分散型電源装置からも電源電力が出力されている。そして、これら分散型電源装置から商用系統に出力される電源電力は、それらを設置している個人や団体などの都合により変動しがちであり、分散型電源の出力目標値は商用系統周波数の変動に関わらず決定されている。商用系統における電源電力合計と電力負荷合計との釣り合いにより商用系統周波数は決定されるため、商用系統周波数が変動した際にこれを補正する動きをする発電機が少ない場合、商用系統周波数が乱れやすく、需要家や系統全体にとって不利益が発生する可能性がある。

また、上述の分散型電源装置は商用系統に対してインバータを介して接続されていることもあるが、インバータは、出力電圧の周波数を商用系統の周波数に合わせる制御を行っているのみである。つまり、従来のインバータも、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差を補償する対策を行っていない。

更に、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していなくても、商用系統周波数が変化すれば、商用系統周波数の安定化を計るためにその変化を引き戻すような周波数制御を行うことが好ましい。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、商用系統周波数の周波数制御に寄与できる系統連系インバータ装置を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る系統連系インバータ装置の特徴構成は、電源装置を商用系統に連系するインバータと、目標インバータ出力指令値に基づいてインバータ出力指令値を決定して、前記インバータを前記インバータ出力指令値に応じて稼動させる出力制御手段とを備える系統連系インバータ装置であって、
前記出力制御手段が、前記商用系統での商用系統周波数を監視する周波数監視手段の監視結果に基づいて前記インバータ出力指令値を変動させるように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、出力制御手段が、周波数監視手段により監視される商用系統周波数の監視結果に基づいて、インバータ出力指令値が変動されることになる。その結果、商用系統における電源電力合計と電力負荷合計とが釣り合うように近づくので、上記電源電力合計と上記電力負荷合計とが乖離していたときに発生していた商用系統における商用系統周波数の基準周波数からの逸脱が補償されることになる。
従って、商用系統における周波数制御に貢献できる系統連系インバータ装置を提供できる。

本発明に係る系統連系インバータ装置の別の特徴構成は、前記出力制御手段が、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記インバータ出力指令値を小さくする設定関係に従って前記インバータ出力指令値を変動させる周波数変化対応制御を実行するように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、出力制御手段が、商用系統における商用系統周波数が変化すると、商用系統周波数が大きくなるにつれてインバータ出力指令値を小さくする設定関係に従って前期インバータ出力指令値を変動させるように構成されているので、商用系統周波数が大きくなると（つまり、商用系統における電源電力合計が電力負荷合計に対して増加する方向に変化すると）インバータ出力指令値が小さくなるので、商用系統において電源電力合計が電力負荷合計に比べて増加することを抑制できる。また、商用系統周波数が小さくなると（つまり、商用系統における電源電力合計が電力負荷合計に対して減少する方向に変化すると）インバータ出力指令値が大きくなるので、商用系統において電源電力合計が電力負荷合計に比べて減少することを抑制できる。

本発明に係る系統連系インバータ装置の更に別の特徴構成は、前記出力制御手段が、前記商用系統周波数に変化が有ると、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記インバータ出力指令値を小さくする設定関係に従って前記インバータ出力指令値を変動させて前記インバータを稼動させた後、実際のインバータ出力値が前記目標インバータ出力指令値と等しいか否かを判定し、前記実際のインバータ出力値が前記目標インバータ出力指令値と等しくないときは、前記目標インバータ出力指令値を前記インバータ出力指令値として、前記インバータを稼動させる周波数変化対応制御を実行するように構成されている点にある。本明細書において「商用系統周波数に変化が有る」とは、商用系統周波数が現状の周波数（「設定目標周波数」と記載することもある）から変化したことを意味する。

上記特徴構成によれば、出力制御手段が、商用系統周波数が大きくなるにつれてインバータ出力指令値を小さくする設定関係に従って前記インバータ出力指令値を変動させることで、商用系統周波数が大きくなると（つまり、商用系統における電源電力合計が電力負荷合計に対して増加する方向に変化すると）インバータ出力指令値が小さくなり、商用系統周波数が小さくなると（つまり、商用系統における電源電力合計が電力負荷合計に対して減少する方向に変化すると）インバータ出力指令値が大きくなる。また、実際のインバータ出力値が目標インバータ出力指令値と等しくないときには、実際のインバータ出力値が、目標インバータ出力値に値と等しくなるように、インバータ出力指令値が変動されることになる。その結果、商用系統周波数が変化したとしても、その変化を引き戻すような周波数制御を行うことで商用系統周波数の安定化に貢献することができる。
また、出力制御手段は、商用系統周波数に変化が無いとき、目標インバータ出力指令値をインバータ出力指令値としてインバータを稼動させる通常制御を実行する。

本発明に係る系統連系インバータ装置の更に別の特徴構成は、前記出力制御手段が、前記商用系統周波数に変化が有り、且つ、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記インバータ出力指令値を小さくする設定関係に従って前記インバータ出力指令値を変動させて前記インバータを稼動させた後、実際のインバータ出力値が、前記周波数偏差を小さくするための変動出力値と前記目標インバータ出力指令値との和に等しいか否かを判定し、前記実際のインバータ出力値が前記変動出力値と前記目標インバータ出力指令値との和に等しくないときには、前記変動出力値と前記目標インバータ出力指令値との和を前記インバータ出力指令値として、前記インバータを稼動させる周波数変化及び周波数偏差対応制御を実行するように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、出力制御手段が、商用系統周波数が大きくなるにつれてインバータ出力指令値を小さくする設定関係に従ってインバータ出力指令値を変動させることで、商用系統周波数が大きくなると（つまり、商用系統における電源電力合計が電力負荷合計に対して増加する方向に変化すると）インバータ出力指令値が小さくなり、商用系統周波数が小さくなると（つまり、商用系統における電源電力合計が電力負荷合計に対して減少する方向に変化すると）インバータ出力指令値が大きくなる。その後、実際のインバータ出力値が変動出力値と目標インバータ出力指令値との和に等しくないときには、変動出力値と前記目標インバータ出力指令値との和をインバータ出力指令値としてインバータを稼動させる。その結果、商用系統周波数が変化したとしても、その変化を引き戻すような周波数制御を行うことで商用系統周波数の安定化に貢献することができ、且つ、発生している周波数偏差を補償するような周波数制御を行って、商用系統周波数を基準周波数に近づけることができる。
また、出力制御手段は、商用系統周波数に変化が無く、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していないとき、目標インバータ出力指令値をインバータ出力指令値としてインバータを稼動させる通常制御を実行する。

本発明に係る系統連系インバータ装置の更に別の特徴構成は、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、前記周波数偏差を小さくするための変動出力値と前記目標インバータ出力指令値との和を前記インバータ出力指令値として、前記インバータを稼動させる周波数偏差対応制御を実行するように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、出力制御手段が、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、上記周波数偏差を小さくするための変動出力値と目標インバータ出力指令値との和をインバータ出力指令値として、インバータを稼動させる。つまり、周波数偏差を小さくするための変動出力値と目標インバータ出力指令値との和をインバータ出力指令値として、実際のインバータ出力値を変動させることで、商用系統における電源電力合計と電力負荷合計とを釣り合うように調整する。
つまり、正の周波数偏差が発生していたときには（つまり、商用系統周波数が基準周波数よりも大きいときには）、インバータ出力値が小さくなるように変動させるための変動出力値と目標インバータ出力指令値との和がインバータ出力指令値として導出され、他方で、負の周波数偏差が発生していたときには（つまり、商用系統周波数が基準周波数よりも小さいときには）、インバータ出力値が大きくなるように変動させるための変動出力値と目標インバータ出力指令値との和がインバータ出力指令値として導出されることになる。その結果、商用系統における電源電力合計と電力負荷合計とが乖離していたときに発生していた商用系統における商用系統周波数の基準周波数からの逸脱が補償される。
また、出力制御手段は、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していないとき、目標インバータ出力指令値をインバータ出力指令値としてインバータを稼動させる通常制御を実行する。

本発明に係る系統連系インバータ装置の更に別の特徴構成は、前記出力制御手段が、前記商用系統周波数に変化が有り、且つ、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記インバータ出力指令値を小さくする設定関係に従って前記インバータ出力指令値を変動させて前記インバータを稼動させた後、実際のインバータ出力値が、前記周波数偏差を小さくするための変動出力値と前記目標インバータ出力指令値との和に等しいか否かを判定し、前記実際のインバータ出力値が前記変動出力値と前記目標インバータ出力指令値との和に等しくないときには、前記変動出力値と前記目標インバータ出力指令値との和を前記インバータ出力指令値として、前記インバータを稼動させる周波数変化及び周波数偏差対応制御を実行し、
前記商用系統周波数に変化が無く、且つ、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、前記周波数偏差を小さくするための変動出力値と前記目標インバータ出力指令値との和を前記インバータ出力指令値として、前記インバータを稼動させる周波数偏差対応制御を実行し、及び、
前記商用系統周波数に変化が有り、且つ、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していないとき、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記インバータ出力指令値を小さくする設定関係に従って前記インバータ出力指令値を変動させて前記インバータを稼動させた後、実際のインバータ出力値が前記目標インバータ出力指令値と等しいか否かを判定し、前記実際のインバータ出力値が前記目標インバータ出力指令値と等しくないときは、前記目標インバータ出力指令値を前記インバータ出力指令値として、前記インバータを稼動させる周波数変化対応制御を実行するように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、上記特徴構成による作用・効果と同様に、商用系統周波数が変化し、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているときには、商用系統周波数の変化を引き戻すような周波数制御を行うことで商用系統周波数の安定化に貢献することができ、且つ、発生している周波数偏差を補償するような周波数制御を行って、商用系統周波数を基準周波数に近づけることができる。
また、商用系統周波数が変化しておらず、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているときには、発生している周波数偏差を補償するような周波数制御を行って、商用系統周波数を基準周波数に近づけることができる。
また更に、商用系統周波数が変化し、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していないときには、その商用系統周波数の変化を引き戻すような周波数制御を行うことで商用系統周波数の安定化に貢献することができる。

＜第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態の系統連系インバータ装置１０について図面を参照して説明する。
図１に示す商用系統の概略図では、商用系統５０に対して、発電所３０、及び、商用系統５０における電力を消費する電力負荷装置２、４０が接続されている。また、系統連系インバータ装置１０のインバータ１１を介して電源装置１が商用系統５０に対して接続されている。尚、商用系統５０に対して、更に多数の電源装置１、発電所３０、電力負荷装置２、４０などが接続されていても構わない。

商用系統５０に接続されている発電所３０は、電力会社（一般電気事業者）などが設置している例えば火力発電所である。このような発電所３０の内のいくつかは、商用系統周波数が基準周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）から逸脱して周波数偏差が発生すると、自身の出力を即座に変動させて周波数偏差を補償するような動作（所謂、ガバナ特性）を行う。例えば、商用系統周波数が基準周波数よりも低下すると（つまり、商用系統５０における電源電力合計が電力負荷合計よりも小さくなると）、発電所３０から商用系統５０への電源出力を増大させる。また、商用系統周波数が基準周波数よりも増加すると（つまり、商用系統５０における電源電力合計が電力負荷合計よりも大きくなると）、発電所３０から商用系統５０への電源出力を減少させる。

電源装置１は、インバータ出力指令値に応じた電源電力を出力するように系統連系インバータ装置１０により制御され、発生した電力は、インバータ１１を介して電力負荷装置２及び商用系統５０の少なくとも一方に供給される。電源装置１としては様々な装置を用いることができ、例えば、燃料電池やガスエンジン発電装置などの発電装置や蓄電池などがある。

系統連系インバータ装置１０は、電源装置１を商用系統５０に連系するインバータ１１と、目標インバータ出力指令値に基づいて上記インバータ出力指令値を決定して、上記インバータ１１を上記インバータ出力指令値に応じて稼動させる出力制御手段１３とを備えている。
また、系統連系インバータ装置１０には、商用系統５０での商用系統周波数を監視する周波数監視手段１２が設けられ、出力制御手段１３は、周波数監視手段１２の監視結果に基づいて上記インバータ出力指令値を変動させるように構成されている。また更に、系統連系インバータ装置１０は、インバータ１１から商用系統５０への実際のインバータ出力値（「実インバータ出力値」と記載することもある）の計測機能を有している。

系統連系インバータ装置１０が備える出力制御手段１３は、上述したように、周波数監視手段１２の監視結果に基づいてインバータ出力指令値を変動させるように構成されている。具体的には、出力制御手段１３は、周波数監視手段１２の監視結果に基づいて、後述する通常制御、周波数変化及び周波数偏差対応制御、周波数偏差対応制御、及び、周波数変化対応制御の何れかを実行する。

出力制御手段１３は、周波数監視手段１２の監視結果が、商用系統周波数に変化が無く（後述するように、現状の商用系統周波数である設定目標周波数から商用系統周波数が変化していないことを意味する）、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していないことを示しているとき、目標インバータ出力指令値をインバータ出力指令値としてインバータ１１を稼動させる通常制御を実行する。

また、出力制御手段１３は、周波数監視手段１２の監視結果が、商用系統周波数に変化が有り、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していることを示しているとき、商用系統周波数が大きくなるにつれてインバータ出力指令値を小さくする設定関係（図７を参照して後述する「垂下特性」に相当）に従ってインバータ出力指令値を変動させてインバータを稼動させた後、実際のインバータ出力値が、周波数偏差を小さくするための変動出力値と目標インバータ出力指令値との和に等しいか否かを判定し、実際のインバータ出力値が上記変動出力値と目標インバータ出力指令値との和に等しくないときには、上記変動出力値と目標インバータ出力指令値との和をインバータ出力指令値として、インバータ１１を稼動させる周波数変化及び周波数偏差対応制御を実行する。

上記変動出力値については図８に示す周波数バイアス特性に基づいて導出される。図８に例示する周波数バイアス特性は、周波数偏差に応じた変動出力値が、周波数偏差の大きさが設定下限値：Δｆ_Ｌ以上、且つ、設定上限値：Δｆ_Ｈ以下の間で、周波数偏差が大きくなるにつれて所定の変化率（Ｃ１、Ｃ２）で単調減少する関係で定められたものである。また、この周波数バイアス特性には周波数偏差の不感帯幅：Ａ１、Ａ２が−Δｆ_ＬからΔｆ_Ｌの間に設定され、変動出力値の上限幅：Ｂ２及び下限幅：Ｂ１が設定されている。
これにより、正の周波数偏差が発生しているとき（つまり、商用系統５０における電源電力合計が電力負荷合計よりも大きいとき）には、インバータ１１のインバータ出力値を小さくして商用系統５０における電源電力合計を小さくするために貢献するべく、上記変動出力値は零又は負の値に設定される。また、負の周波数偏差が発生しているとき（つまり、商用系統５０における電源電力合計が電力負荷合計よりも小さいとき）には、インバータ１１のインバータ出力値を大きくして商用系統５０における電源電力合計を大きくするために貢献するべく、上記変動出力値は零又は正の値に設定される。

また更に、出力制御手段１３は、周波数監視手段１２の監視結果が、商用系統周波数に変化が無く、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していることを示しているとき、周波数偏差を小さくするための変動出力値と目標インバータ出力指令値との和をインバータ出力指令値として、インバータを稼動させる周波数偏差対応制御を実行する。

更に、出力制御手段１３は、周波数監視手段１２の監視結果が、商用系統周波数に変化が有り、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していないことを示しているとき、商用系統周波数が大きくなるにつれてインバータ出力指令値を小さくする設定関係に従ってインバータ出力指令値を変動させてインバータを稼動させた後、実際のインバータ出力値が目標インバータ出力指令値と等しいか否かを判定し、実際のインバータ出力値が目標インバータ出力指令値と等しくないときは、目標インバータ出力指令値をインバータ出力指令値として、インバータ１１を稼動させる周波数変化対応制御を実行する。

次に、図２に示すメイン制御フロー、図３から図５に示すサブ制御フロー及び図６に示す商用系統周波数とインバータ出力値との推移のグラフを参照して、本発明の系統連系インバータ装置の動作について説明する。
図２のメイン制御フローに示すように、ステップＳ１において出力制御手段１３は、周波数監視手段１２の監視結果に基づいて、商用系統周波数が設定目標周波数から変化したか否か、つまり、商用系統周波数に変化が有るか否かを判定する。商用系統周波数が設定目標周波数から変化したときにはステップＳ２に移行し、商用系統周波数が設定目標周波数から変化していないときには、ステップＳ３に移行する。
ステップＳ２において出力制御手段１３は、周波数監視手段１２の監視結果に基づいて、商用系統周波数の基準周波数（本実施形態では６０Ｈｚ）からの周波数偏差が発生しているか否かを判定する。そして、出力制御手段１３は、周波数偏差が発生しているときにはステップＳ１０に移行して、図３を参照して後述する周波数及び周波数偏差対応制御を実行し、周波数偏差が発生していないときにはステップＳ２０に移行して、図４を参照して後述する周波数変化対応制御を実行する。

ステップＳ３において出力制御手段１３は、周波数監視手段１２の監視結果に基づいて、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているか否かを判定する。そして、出力制御手段１３は、周波数偏差が発生しているときにはステップＳ３０に移行して、図５を参照して後述する周波数偏差対応制御を実行し、周波数偏差が発生していないときにはステップＳ４に移行して、目標インバータ出力指令値をインバータ出力指令値としてインバータ１１を稼動させる（通常制御）。

図６に示す具体例では、目標インバータ出力指令値はＰ１に維持されており、インバータ出力指令値及び実際のインバータ出力値は、時刻ｔ１から時刻ｔ６に至る間に、商用系統周波数の変化に応じてＰ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４→Ｐ１と変動している。

以下に、商用系統周波数に変化が有り、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているときに実行される周波数変化及び周波数偏差対応制御（ステップＳ１０）について、図３のサブ制御フローを参照して説明する。
まず、図６に示す時刻ｔ３までの商用系統周波数の推移と、実際のインバータ出力値（インバータ出力指令値）の推移について説明する。
図６の時刻ｔ１までは、上述のステップＳ４のように、出力制御手段１３は、目標インバータ出力指令値：Ｐ１をインバータ出力指令値としてインバータ１１を稼動させている。また、インバータ１１はそのインバータ出力指令値を達成させるために電源装置１の電源出力を制御している。
そして、図３のステップＳ１１において出力制御手段１３は、商用系統周波数が、この時点での設定目標周波数であるｆ１（基準周波数：６０Ｈｚ）からｆ２に変化すると、図７に示す垂下特性Ａに基づいて、変化後の商用系統周波数：ｆ２に応じたインバータ出力指令値：Ｐ２を導出する。この垂下特性Ａは、設定目標周波数：ｆ１及びインバータ出力指令値：Ｐ１を通る所定の傾きの直線で設定され、商用系統周波数が大きくなるにつれてインバータ出力指令値を小さくする設定関係が定められたものである。具体的には、商用系統周波数が設定目標周波数：ｆ１で維持されているとき、インバータ出力指令値は目標インバータ出力指令値：Ｐ１であるが、商用系統周波数がｆ２に変化すると、出力制御手段１３は、垂下特性Ａに基づいてインバータ出力指令値をＰ２と導出する。そして、ステップＳ１２において出力制御手段１３は、インバータ出力指令値：Ｐ２に応じてインバータ１１の稼動を制御する。更に、ステップＳ１３において出力制御手段１３は、変化後の商用系統周波数：ｆ２を、これ以後、設定目標周波数に設定する。
また、ステップＳ１４において出力制御手段１３は、図８に示す周波数バイアス特性に基づいて、周波数偏差：（ｆ２−６０）Ｈｚを小さくするための変動出力値：ΔＰを導出する。

出力制御手段１３が以上のような制御を行うことで、図６に示すように時刻ｔ１において商用系統周波数がｆ１からｆ２に変化した後、インバータ出力指令値がＰ１からＰ２に変化し、実際のインバータ出力値も時刻ｔ２においてＰ２となる。

次に、ステップＳ１５において出力制御手段１３は、実際のインバータ出力値が、目標インバータ出力指令値：Ｐ１と上記変動出力値：ΔＰとの和：Ｐ３に等しいか否かを判定する。そして、実際のインバータ出力値が、目標インバータ出力指令値：Ｐ１と上記変動出力値：ΔＰとの和：Ｐ３に等しくないときにはステップＳ１６に移行する。他方で、実際のインバータ出力値が、目標インバータ出力指令値：Ｐ１と上記変動出力値：ΔＰとの和：Ｐ３と等しいときには、インバータ出力指令値を変動させることなく、図２のメイン制御フローにリターンする。

ステップＳ１６において出力制御手段１３は、目標インバータ出力指令値：Ｐ１と変動出力値：ΔＰとの和：Ｐ３をインバータ出力指令値と決定する。そして、ステップＳ１７において出力制御手段１３は、ステップＳ１６において決定されたインバータ出力指令値：Ｐ３に応じてインバータ１１を稼動させる。
また、ステップＳ１８において出力制御手段１３は、垂下特性を、その時点での設定目標周波数：ｆ２及びインバータ出力指令値：Ｐ３を通る垂下特性Ｂに変更設定する。

出力制御手段１３が以上のような制御を行うことで、図６に示す時刻ｔ２において実際のインバータ出力値がＰ２になった後、インバータ出力指令値がＰ２からＰ３に変化し、実際のインバータ出力値も時刻ｔ３においてＰ３となる。

次に、図６の時刻ｔ３から時刻ｔ４までの商用系統周波数の推移と、実際のインバータ出力値（インバータ出力指令値）の推移について説明する。
図６の時刻ｔ３に至って図３に示した周波数変化及び周波数偏差対応制御のサブ制御フローが終了すると、商用系統周波数に変化が無く、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているので、出力制御手段１３が、ステップＳ３０において周波数偏差対応制御（図５に示すサブ制御フロー）を実行する（図２のステップＳ１、ステップＳ３、ステップＳ３０）。

図５のステップＳ３１において出力制御手段１３は、図８に示す周波数バイアス特性に基づいて、周波数偏差：（ｆ２−６０）Ｈｚを小さくするための変動出力値：ΔＰを導出する。次に、ステップＳ３２において出力制御手段１３は、実際のインバータ出力値が、目標インバータ出力指令値：Ｐ１と変動出力値：ΔＰとの和：Ｐ３に等しいか否かを判定する。そして、実際のインバータ出力値が、目標インバータ出力指令値：Ｐ１と上記変動出力値：ΔＰとの和：Ｐ３に等しくないときにはステップＳ３３に移行する。他方で、実際のインバータ出力値が、目標インバータ出力指令値：Ｐ１と上記変動出力値：ΔＰとの和：Ｐ３に等しいときには、インバータ出力指令値を変動させることなく、図２のメイン制御フローにリターンする。

ステップＳ３３において出力制御手段１３は、目標インバータ出力指令値：Ｐ１と変動出力値：ΔＰとの和：Ｐ３をインバータ出力指令値と決定する。そして、ステップＳ３４において出力制御手段１３は、ステップＳ３３において決定されたインバータ出力指令値：Ｐ３に応じてインバータ１１を稼動させる。

出力制御手段１３が以上のような制御を行うことで、図６に示す時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、インバータ出力指令値がＰ３に維持され、実際のインバータ出力値もＰ３に保たれることになる。

次に、図６の時刻ｔ４から時刻ｔ６以降の商用系統周波数の推移と、実際のインバータ出力値（インバータ出力指令値）の推移について説明する。
図６の時刻ｔ４に至ると、商用系統周波数に変化が有り、且つ、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していないので、出力制御手段１３が、ステップＳ２０において周波数変化対応制御（図４に示すサブ制御フロー）を実行する（図２のステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ２０）。

図４のステップＳ２１において出力制御手段１３は、商用系統周波数がｆ２（この時点での設定目標周波数）からｆ１に変化すると、図７に示す垂下特性Ｂに基づいて、変化後の商用系統周波数：ｆ１に応じたインバータ出力指令値：Ｐ４を導出する。この垂下特性Ｂは、この時点での設定目標周波数：ｆ２及びインバータ出力指令値：Ｐ３を通る直線で設定され、商用系統周波数が大きくなるにつれてインバータ出力指令値を小さくする設定関係が定められたものである。そして、ステップＳ２２において出力制御手段１３は、インバータ出力指令値：Ｐ４に応じてインバータ１１の稼動を制御する。更に、ステップＳ２３において出力制御手段１３は、変化後の商用系統周波数：ｆ１を、これ以後、設定目標周波数に設定する。

出力制御手段１３が以上のような制御を行うことで、図６に示すように時刻ｔ４において商用系統周波数がｆ２からｆ１に変化した後、インバータ出力指令値がＰ３からＰ４に変化し、実際のインバータ出力値も時刻ｔ５においてＰ４となる。

次に、ステップＳ２４において出力制御手段１３は、実際のインバータ出力値が、目標インバータ出力指令値：Ｐ１に等しいか否かを判定する。そして、実際のインバータ出力値が、目標インバータ出力指令値：Ｐ１に等しくないときにはステップＳ２５に移行する。他方で、実際のインバータ出力値が、目標インバータ出力指令値：Ｐ１と等しいときには、インバータ出力指令値を変動させることなく、図２のメイン制御フローにリターンする。

ステップＳ２５において出力制御手段１３は、目標インバータ出力指令値：Ｐ１をインバータ出力指令値と決定する。そして、ステップＳ２６において出力制御手段１３は、ステップＳ２５において決定されたインバータ出力指令値：Ｐ１に応じてインバータ１１を稼動させる。
また、ステップＳ２７において出力制御手段１３は、垂下特性を、その時点での設定目標周波数：ｆ１及びインバータ出力指令値：Ｐ１を通る垂下特性Ａに変更設定する。

出力制御手段１３が以上のような制御を行うことで、図６に示す時刻ｔ５において実際のインバータ出力値がＰ４になった後、インバータ出力指令値がＰ４からＰ１に変化し、実際のインバータ出力値も時刻ｔ６においてＰ１となる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の系統連系インバータ装置１０は、図９のメイン制御フローに示すように、周波数偏差が発生しているか否かの判定を行い（ステップＳ３）、周波数監視手段１２の監視結果が、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していることを示しているとき、周波数偏差を小さくするための変動出力値と目標インバータ出力指令値との和をインバータ出力指令値として、インバータ１１を稼動させる周波数偏差対応制御を実行する（ステップＳ３０）。つまり、第２実施形態では、出力制御手段１３は、商用系統周波数に変化があるか否か（商用系統周波数が設定目標周波数と異なるか否か）とは無関係に制御を実行する。以下に、第２実施形態の系統連系インバータ装置１０について説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

次に、図９に示すメイン制御フロー、図５に示すサブ制御フロー及び図１０に示す商用系統周波数とインバータ出力値との推移のグラフを参照して、本発明の系統連系インバータ装置の動作について説明する。

図９のメイン制御フローに示すように、ステップＳ３において出力制御手段１３は、周波数監視手段１２の監視結果に基づいて、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているか否かを判定する。そして、出力制御手段１３は、周波数偏差が発生しているときにはステップＳ３０に移行して、図５を参照して後述する周波数偏差対応制御を実行し、周波数偏差が発生していないときにはステップＳ４に移行して、目標インバータ出力指令値をインバータ出力指令値としてインバータ１１を稼動させる（通常制御）。

図１０に示す時刻ｔ１０において商用系統周波数がｆ１（基準周波数である６０Ｈｚ）からｆ２に変化することで、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生すると、図５のステップＳ３１において出力制御手段１３は、図８に示した周波数バイアス特性に基づいて、周波数偏差：（ｆ２−６０）Ｈｚを小さくするための変動出力値：ΔＰを導出する。次に、ステップＳ３２において出力制御手段１３は、実際のインバータ出力値が、目標インバータ出力指令値：Ｐ１と変動出力値：ΔＰとの和：Ｐ３に等しいか否かを判定する。そして、実際のインバータ出力値が、目標インバータ出力指令値：Ｐ１と上記変動出力値：ΔＰとの和：Ｐ３に等しくないときにはステップＳ３３に移行する。他方で、実際のインバータ出力値が、目標インバータ出力指令値：Ｐ１と上記変動出力値：ΔＰとの和：Ｐ３に等しいときには、インバータ出力指令値を変動させることなく、図９のメイン制御フローにリターンする。

ステップＳ３３において出力制御手段１３は、目標インバータ出力指令値：Ｐ１と変動出力値：ΔＰとの和：Ｐ３をインバータ出力指令値と決定する。そして、ステップＳ３４において出力制御手段１３は、ステップＳ３３において決定されたインバータ出力指令値：Ｐ３に応じてインバータ１１を稼動させる。出力制御手段１３が以上のような制御を行うことで、図１０に示す時刻ｔ１１からインバータ出力指令値がＰ３に設定され、実際のインバータ出力値も時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の間にＰ１からＰ３に変動することになる。

そして、この周波数偏差が発生している間は、インバータ出力指令値がＰ３に維持されて、実際のインバータ出力値もＰ３に維持されることになる。
他方で、図１０に示す時刻ｔ１３において商用系統周波数がｆ２からｆ１に変化して、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が無くなると、図９に示したメイン制御フローのステップＳ４が実行されることになる。つまり、出力制御手段１３は、目標インバータ出力指令値：Ｐ１をインバータ出力指令値として、そのインバータ出力指令値：Ｐ１に応じてインバータ１１を稼動させる。その結果、図１０に示すように、実際のインバータ出力値も時刻ｔ１４から時刻ｔ１５の間にＰ３からＰ１に変動することになる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態の系統連系インバータ装置１０は、図１１のメイン制御フローに示すように、商用系統周波数に変化が有るか否か（つまり、商用系統周波数が設定目標周波数と異なるか否か）の判定を行い（ステップＳ１）、出力制御手段１３が、周波数監視手段１２の監視結果が、商用系統周波数に変化が有ることを示しているとき、商用系統周波数が大きくなるにつれてインバータ出力指令値を小さくする設定関係に従ってインバータ出力指令値を変動させてインバータを稼動させた後、実際のインバータ出力値が目標インバータ出力指令値と等しいか否かを判定し、実際のインバータ出力値が目標インバータ出力指令値と等しくないときは、目標インバータ出力指令値をインバータ出力指令値として、インバータ１１を稼動させる周波数変化対応制御を実行する（ステップＳ２０）。つまり、本実施形態において出力制御手段１３は、商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差とは無関係に制御を行う。
以下に、第３実施形態の系統連系インバータ装置１０について説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

次に、図１１に示すメイン制御フロー、図４に示すサブ制御フロー及び図１２に示す商用系統周波数とインバータ出力値との推移のグラフを参照して、本発明の系統連系インバータ装置の動作について説明する。

図１１のメイン制御フローに示すように、ステップＳ１において出力制御手段１３は、商用系統周波数が設定目標周波数から変化したか否か、つまり、商用系統周波数に変化が有るか否かを判定する。そして、商用系統周波数が設定目標周波数から変化したときにはステップＳ２０に移行して、図４を参照して後述する周波数変化対応制御を実行し、周波数変化が発生していないときにはステップＳ４に移行して、目標インバータ出力指令値をインバータ出力指令値としてインバータ１１を稼動させる（通常制御）。

図１２に示す時刻ｔ２１において商用系統周波数がｆ１からｆ２に変化すると、図４のステップＳ２１において出力制御手段１３は、図７に示す垂下特性Ａに基づいて、変化後の商用系統周波数：ｆ２に応じたインバータ出力指令値：Ｐ２を導出する。この垂下特性Ａは、この時点での設定目標周波数：ｆ１及びインバータ出力指令値：Ｐ１を通る直線で設定され、商用系統周波数が大きくなるにつれてインバータ出力指令値を小さくする設定関係が定められたものである。そして、ステップＳ２２において出力制御手段１３は、インバータ出力指令値：Ｐ２に応じてインバータ１１の稼動を制御する。更に、ステップＳ２３において出力制御手段１３は、変化後の商用系統周波数：ｆ２を、これ以後、設定目標周波数に設定する。

出力制御手段１３が以上のような制御を行うことで、図１２に示すように時刻ｔ２１において商用系統周波数がｆ１からｆ２に変化した後、インバータ出力指令値がＰ１からＰ２に変化し、実際のインバータ出力値も時刻ｔ２２においてＰ２となる。

次に、ステップＳ２４において出力制御手段１３は、実際のインバータ出力値が、目標インバータ出力指令値：Ｐ１に等しいか否かを判定する。そして、実際のインバータ出力値が、目標インバータ出力指令値：Ｐ１に等しくないときにはステップＳ２５に移行する。他方で、実際のインバータ出力値が、目標インバータ出力指令値：Ｐ１と等しいときには、インバータ出力指令値を変動させることなく、図１１のメイン制御フローにリターンする。

ステップＳ２５において出力制御手段１３は、目標インバータ出力指令値：Ｐ１をインバータ出力指令値と決定する。そして、ステップＳ２６において出力制御手段１３は、ステップＳ２５において決定されたインバータ出力指令値：Ｐ１に応じてインバータ１１を稼動させる。
また、ステップＳ２７において出力制御手段１３は、垂下特性を、その時点での設定目標周波数：ｆ２及びインバータ出力指令値：Ｐ１を通る垂下特性Ｃに変更設定する。

出力制御手段１３が以上のような制御を行うことで、図１２に示す時刻ｔ２２において実際のインバータ出力値がＰ２になった後、インバータ出力指令値がＰ２からＰ１に変化し、実際のインバータ出力値も時刻ｔ２３においてＰ１となる。

その後、図１２に示す時刻ｔ２４において商用系統周波数がｆ２（この時点での設定目標周波数）からｆ１に変化すると、図４のステップＳ２１において出力制御手段１３は、図７に示す垂下特性Ｃに基づいて、変化後の商用系統周波数：ｆ１に応じたインバータ出力指令値：Ｐ５を導出する。この垂下特性Ｃは、この時点での設定目標周波数：ｆ２及びインバータ出力指令値：Ｐ１を通る直線で設定され、商用系統周波数が大きくなるにつれてインバータ出力指令値を小さくする設定関係が定められたものである。そして、ステップＳ２２において出力制御手段１３は、インバータ出力指令値：Ｐ５に応じてインバータ１１の稼動を制御する。更に、ステップＳ２３において出力制御手段１３は、変化後の商用系統周波数：ｆ１を、これ以後、設定目標周波数に設定する。

出力制御手段１３が以上のような制御を行うことで、図１２に示すように時刻ｔ２４において商用系統周波数がｆ２からｆ１に変化した後、インバータ出力指令値がＰ１からＰ５に変化し、実際のインバータ出力値も時刻ｔ２５においてＰ５となる。

出力制御手段１３が以上のような制御を行うことで、図１２に示す時刻ｔ２５において実際のインバータ出力値がＰ５になった後、インバータ出力指令値がＰ５からＰ１に変化し、実際のインバータ出力値も時刻ｔ２６においてＰ１となる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態の系統連系インバータ装置１０は、図１３の制御フローに示すように、商用系統周波数が変化しているか否かの判定を行い（ステップＳ４１）、周波数監視手段１２の監視結果として得られる商用系統周波数が変化すると、商用系統周波数が大きくなるにつれてインバータ出力指令値を小さくする設定関係に従ってインバータ出力指令値を変動させる周波数変化対応制御を実行するように構成されている。つまり、第４実施形態では、出力制御手段１３は、図７に示した商用系統周波数の関数としてのインバータ出力指令値に基づいてインバータ１１の制御を行うのである。従って、本実施形態では、上記第１実施形態から上記第３実施形態のような目標インバータ出力指令値は存在していない。

次に、図１３に示す制御フローを参照して、本発明の系統連系インバータ装置の動作について説明する。
図１３の制御フローに示すように、ステップＳ４１において出力制御手段１３は、商用系統周波数に変化があるか否かを判定する。そして、出力制御手段１３は、商用系統周波数に変化があるときにはステップＳ４２に移行し、ステップＳ４２において、図７に示した垂下特性に基づいて、変化後の商用系統周波数に応じたインバータ出力指令値を導出する。次に、ステップＳ４３において出力制御手段１３は、導出したインバータ出力指令値に応じてインバータ１１を稼動させる。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、インバータ１１と周波数監視手段１２出力制御手段１３とを備えた系統連系インバータ装置１０について説明したが、インバータ１１とは別体で、周波数監視手段１２と出力制御手段１３とを備えたインバータ制御装置２０を構成することもできる。例えば、図１４の商用系統の概略図に示すように、インバータ制御装置２０は、商用系統５０での商用系統周波数を監視する周波数監視手段１２と、目標インバータ出力指令値に基づいてインバータ出力指令値を決定して、インバータ１１及び電源装置１をインバータ出力指令値に応じて稼動させる出力制御手段１３を備えている。また、周波数監視手段１２及び出力制御手段１３の機能は上記第１実施形態から上記第４実施形態と同様である。

＜２＞
上記実施形態では、垂下特性及び周波数バイアス特性について図７及び図８を参照して説明したが、垂下特性を表す直線の傾き（変化率）、周波数バイアス特性を表す不感帯幅：Ａ１、Ａ２、上限幅：Ｂ２及び下限幅：Ｂ１、変化率：Ｃ１、Ｃ２は適宜変更可能である。

本発明の系統連系インバータ装置は、商用系統における商用系統周波数を基準周波数近傍で安定させるために使用可能である。

商用系統の概略図第１実施形態のメイン制御フロー第１実施形態のサブ制御フロー第１実施形態のサブ制御フロー第１実施形態のサブ制御フロー第１実施形態の商用系統周波数及び実際のインバータ出力値の推移を示すグラフ垂下特性を示すグラフ周波数バイアス特性を示すグラフ第２実施形態のメイン制御フロー第２実施形態の商用系統周波数及び実際のインバータ出力値の推移を示すグラフ第３実施形態のメイン制御フロー第３実施形態の商用系統周波数及び実際のインバータ出力値の推移を示すグラフ第４実施形態の制御フロー商用系統の概略図

符号の説明

１電源装置
２電力負荷装置
１０系統連系インバータ装置
１１インバータ
１２周波数監視手段
１３出力制御手段
５０商用系統

Claims

電源装置を商用系統に連系するインバータと、目標インバータ出力指令値に基づいてインバータ出力指令値を決定して、前記インバータを前記インバータ出力指令値に応じて稼動させる出力制御手段とを備える系統連系インバータ装置であって、
前記出力制御手段が、前記商用系統での商用系統周波数を監視する周波数監視手段の監視結果に基づいて前記インバータ出力指令値を変動させるように構成されている系統連系インバータ装置。
前記出力制御手段が、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記インバータ出力指令値を小さくする設定関係に従って前記インバータ出力指令値を変動させる周波数変化対応制御を実行するように構成されている請求項１記載の系統連系インバータ装置。
前記出力制御手段が、前記商用系統周波数に変化が有ると、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記インバータ出力指令値を小さくする設定関係に従って前記インバータ出力指令値を変動させて前記インバータを稼動させた後、実際のインバータ出力値が前記目標インバータ出力指令値と等しいか否かを判定し、前記実際のインバータ出力値が前記目標インバータ出力指令値と等しくないときは、前記目標インバータ出力指令値を前記インバータ出力指令値として、前記インバータを稼動させる周波数変化対応制御を実行するように構成されている請求項１記載の系統連系インバータ装置。
前記出力制御手段が、前記商用系統周波数に変化が有り、且つ、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記インバータ出力指令値を小さくする設定関係に従って前記インバータ出力指令値を変動させて前記インバータを稼動させた後、実際のインバータ出力値が、前記周波数偏差を小さくするための変動出力値と前記目標インバータ出力指令値との和に等しいか否かを判定し、前記実際のインバータ出力値が前記変動出力値と前記目標インバータ出力指令値との和に等しくないときには、前記変動出力値と前記目標インバータ出力指令値との和を前記インバータ出力指令値として、前記インバータを稼動させる周波数変化及び周波数偏差対応制御を実行するように構成されている請求項１記載の系統連系インバータ装置。
前記出力制御手段が、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、前記周波数偏差を小さくするための変動出力値と前記目標インバータ出力指令値との和を前記インバータ出力指令値として、前記インバータを稼動させる周波数偏差対応制御を実行するように構成されている請求項１記載の系統連系インバータ装置。
前記出力制御手段が、前記商用系統周波数に変化が有り、且つ、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記インバータ出力指令値を小さくする設定関係に従って前記インバータ出力指令値を変動させて前記インバータを稼動させた後、実際のインバータ出力値が、前記周波数偏差を小さくするための変動出力値と前記目標インバータ出力指令値との和に等しいか否かを判定し、前記実際のインバータ出力値が前記変動出力値と前記目標インバータ出力指令値との和に等しくないときには、前記変動出力値と前記目標インバータ出力指令値との和を前記インバータ出力指令値として、前記インバータを稼動させる周波数変化及び周波数偏差対応制御を実行し、
前記商用系統周波数に変化が無く、且つ、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生しているとき、前記周波数偏差を小さくするための変動出力値と前記目標インバータ出力指令値との和を前記インバータ出力指令値として、前記インバータを稼動させる周波数偏差対応制御を実行し、及び、
前記商用系統周波数に変化が有り、且つ、前記商用系統周波数の基準周波数からの周波数偏差が発生していないとき、前記商用系統周波数が大きくなるにつれて前記インバータ出力指令値を小さくする設定関係に従って前記インバータ出力指令値を変動させて前記インバータを稼動させた後、実際のインバータ出力値が前記目標インバータ出力指令値と等しいか否かを判定し、前記実際のインバータ出力値が前記目標インバータ出力指令値と等しくないときは、前記目標インバータ出力指令値を前記インバータ出力指令値として、前記インバータを稼動させる周波数変化対応制御を実行するように構成されている請求項１記載の系統連系インバータ装置。